<Desc/Clms Page number 1>
Machine électrique à excitation par aiment permanent.
Les machines électriques dans lesquelles le champ où tourne l'induit est entretenu par des aimants permanents sont connues en soi sous diverses formes de réalisation, et on les a employées tant comme moteurs que pour la production de courants électriques. En comparaison des machines de dimensions correspon- dantes,mais à excitation électrique du champ, celles excitées par a.imant permanent possèdent certains avantages au point de vue de leur construction et aussi de leur rendement. Par conséquent, en employant l'excitation par aimant permanent, on peut arriver à des poids et des dimensions plus réduits.
Les développements réa - lisés récemment dans le domaine des matières à aimantation perma- nents ont procuré le moyen de fabriquer des matières et des sys-
<Desc/Clms Page number 2>
tèmes, qui ne sont sujets que dans une très faible mesure aux risques dune désaimantation, éliminant ainsi les inconvénients qui se manifestaient jusqu'ici avec les machines excitées par aimant permanent.
Toutefois, en comparaison des machines à excitation élec- tromagnétique, les machines excitées par aimant permanent, connues jusqu'ici présentent l'inconvénient qu'il n'est guère possible d'influer sur l'intensité du champ magnétique, et il fallait pour cette raison, avec les machines excitées par aimant permanent, renoncer à régler la machine par variation de l'intensité du champ d'excitation.
L'invention a pour but de procurerune machine électrique fonctionnant comme moteur ou comme génératrice, avec laquelle, malgré l'emploi exclusif d'une excitation par aimant permanent, il soit possible d'influer sur l'intensité du champ d'excitation.
Suivant l'invention, à cet effet, on monte l'aimant permanent, entretenant le champ d'excitation de la machine, à coulissement ou à rotation, de telle manière qu'on puisse varier l'intensité du champ d'excitation par changement de longueur de l'aimant. Le montage d'un aimant permanent pour le champ d'excitation, apte à tourner ou à coulisser de la sorte, se prête en principe tant pour la consommation que pour la, production de courant continu et de courant alternatif mono- et polyphasé. Le champ d'excitation peut aussi être entretenu par plusieurs aimants et il peut notam- ment être avantageux, avec les machines à plus de deux pôles in- ducteurs, de prévoir un aimant d'excitation pour chaque pôle. Les différents aimants peuvent être réglables soit indépendamment,soit avec une certaine dépendance les uns des autres.
Dans certains cas il peut être avantageux de pourvoir chaque pôle inducteur de plu- sieurs aimants, ceux-ci pouvant le cas échéant être réglés indé- pendamment les uns des autres.
La possibilité de faire tourner et coulisser les ai- mants d'excitation permet de régler le champ d'excitation depuis
<Desc/Clms Page number 3>
une valeur nulle jusqu'à une valeur qui correspond à l'utilisa- tion maximum de l'énergie magnétique disponible dans l'aimant. Le réglage du ou des aimants excitateurs peut être opéré à la main ou en recourant à des moyens connus en soi (régulateurs centrifu- ges, bobines dépendant de la tension ou de la puissance, et dis- positifs analogues) influencés automatiquement par des conditions de service spéciales.
Suivant l'invention, au lieu d'aimants permanents régla- bles, on peut aussi employer des aimants permanents qui tournent à une vitesse ayant un rapport déterminé avec la vitesse de rotation de l'induit. Pour ces aimants également il est possible de placer la variation de vitesse du ou des-aimants permanents sous l'in- fluence de régulateurs mécaniques, électriques ou électromécani- ques quelconques.
La forme des aimants permanents peut être choisie à vo- lonté, mais en général la forme cylindrique est préférable, et il- est alors possible de prévoir des pôles matricés. Pour certaines fins se sont avérés avantageux des systèmes d'aimant, où la forme d'un pôle diffère de celle de l'autre.
Comme matière pour les aimants permanents on envisage au premier chef celles qui ont une force coercitive élevée, par exem- ple supérieure à environ 400'oersteds, comme par exemple celles connues sous la forme d'alliages trempants pour aimants permanents.
Aussi serait-il intéressant de fabriquer les aimants permanents pour l'excitation au moyen d'alliages de fer-nickel-aluminium, de fer-cobalt-titane ou alliages analogues.
La possibilité, procurée par l'invention, de rendre va- riable à volonté dans certaines limites l'intensité du champ d'ex- citation d'une machine à excitation par aimant permanent et, par surcroît, d'y prévoir un certain rythme de variation, ouvre à ce type de machines de très nombreux avantages et champs d'applica- tions.
<Desc/Clms Page number 4>
On se rend compte sans plus qu'en employant une telle disposition d'aimant pour varier la position de l'aimant, on peut procéder à un réglage de la tension. Le réglage de la position de l'aimant peut être opéré par exemple mécaniquement sous la dépen- dance des conditions d'entraînement ou encore électromécaniquement, par exemple en employant une bobine qui fait varier la position angulaire de l'aimant, la bobine elle-même pouvant être raccordée en parallèle ou en série a.u rotor.
De même, en combinaison avec une génératrice de cou- rant alternatif, on obtient de nombreux avantages comparativement aux machines excitées électromagnétiquement. Pour produire le courant alternatif, le ou les aimants prévus doivent tourner continuellement. Mais comme la vitesse de rotation de l'aimant peut être réglée à tout rapport voulu relativement à la vitesse de rotation du rotor, il est possible de produire toute fréquence voulue, jusqu'à et y compris la plus basse. Bien au contraire, avec une machine à excitation électromagnétique, de construction normale et à dispositif d'excitation fixe, le choix de la fré- quence dépend toujours dans une certaine mesure de la vitesse de rotation de la commande et du nombre de pôles.
De même la grandeur de la tension peut être choisie à volonté pour une machine con- forme à l'invention, en faisant varier la vitesse de rotation de l'induit. En outre, il est possible d'influer de manière effi- cace sur la forme de la courbe du courant alternatif débité, en choisissant pour les aimants rotatifs des formes déterminées, par exemple en choisissant au lieu d'un aimant cylindrique un ai- mant analogue à un cylindre à pôles matricés, mais où les formes des pôles diffèrent les unes des autres. Il est également possi- ble d'influer sur la forme de la courbe du courant alternatif dé- bité, à l'aide de pièces polaires qui coopèrent avec les aimants permanents rotatifs.
Pour ne citer qu'une possibilité, on peut indiquer qu'on réussit à produire des à-coups de tension de même sens et de même forme, qui peuvent être choisis selon leur nombre
EMI4.1
' la seconde.
<Desc/Clms Page number 5>
Lorsqu'on prévoit plusieurs aimants permanents pour chaque pôle inducteur, il est possible, dans le service d'une machine à courant alternatif, d'influer selon de nombreuses va- riantes sur les courbes du courant débité. Dans un service à courant continu, on peut, en réglant de manière appropriée la po- sition des aimants permanents les uns par rapport aux autres, produire une compensation de la réaction d'induit. Dans un service à courant polyphasé, on peut par exemple construire un changeur de phase rotatif à démarrage asynchrone.
Les possibilités offertes par une machine à excitation par aimant permanent, conforme à l'invention, ne sont nullement épuisées par la description qui précède et celle-ci ne fournit que des exemples des. diverses possibilités d'emploi. En se basant sur ces exemples et par recoupement avec les diverses formes d'exécution citées à titre d'exemple, qui sont décrites ci-après, le spécialiste sera à même de choisir les combinaisons qui lui paraîtront indiquées pour une application particulière quelconque.
Les figs. 1 à 3 représentent de manière purement schéma- tique le principe de l'invention. L'induit 1 tourne entre des pièces polaires 2 qui sont excitées par un ou plusieurs aimants permanents. Sur la fig. 1 est représenté un aimant permanent 3 dont l'axe est parallèle à l'axe de l'induit. Dans la position représentée sur la fig. 1, les pièces polaires 2 reçoivent l'in- duction magnétique maximum possible. Par suite d'une rotation de l'aimant permanent autour de son axe cette induction s'affai- ' blit et, si une rotation d'une amplitude de 90 est effectuée, l'induction est pratiquement égale à zéro. La disposition de la fig. 2 est essentiellement pareille à celle de la fig. 1, seule- ment au lieu d'un aimant 3 il y est prévu deux aimants semblables montés pour tourner.
On devra renforcer ou affaiblir le champ d'excitation en faisant tourner les aimants de façon que tous ,deux soient chaque fois décalés d'un même angle.
<Desc/Clms Page number 6>
Sur la fig. 3, l'axe de l'aimant permanent 3 est disposé perpendiculairement à l'axe du rotor 1. Une telle disposition peut être rationnelle par exemple pour des raisons relevant de l'écono- mie de place ou des considérations de stabilité magnétique.
Sur la fig. 4 est représentée une forme d'exécution se rapportant à une machine électrique bipolaire. Le rotor, non représenté pour la simplicité, est tourillonné dans un châssis de fer doux 4. Le châssis de fer doux porte les deux pôles magné- tiques 5 et 6. Chacun des deux pôles magnétiques est excité par trois aimants cylindriques 7 ou 8. Chacun de ces aimants est individuellement rotatif et réglable.
Quand on fait tourner de 90 les aimants cylindriques excitateurs, de manière qu'ils soient disposés côte-à-côte en regardant dans le sens de la rota- tion de l'induit, il se fait que, lorsque cette machine est em- ployée comme génératrice de courant alternatif, il est possible d'influer sur la courbe du courant alternatif débité et que, lorsqu'elle est employée comme génératrice de courant continu, on peut, en réglant de diverses manières la position des diffé- rents aimants, contrecarrer la réaction d'induit et maintenir ainsi fixe la zone neutre de la machine. Dans une telle machine la commutation s'effectue sans étincelles.
Une disposition particulièrement ramassée conforme à l'invention est représentée par la forme d'exécution de la fig.5.
L'aimant cylindrique 9, monté pour tourner, excite deux pièces polaires 10 et 11 en forme de coquille, entre lesquelles tourne l'induit 12, tourillonné coaxialement à l'aimant 9. Quand, dans cette forme d'exécution, l'induit est conformé comme rotor court- circuité, on obtient par exemple un frein électrique réglable simple, si l'on embraye l'induit à l'appareil à freiner. La cons- truction ronde, dans laquelle le diamètre de l'induit est sensible- ment égal au diamètre de l'aimant, est particulièrement avanta- geuse pour les petits moteurs et les petites génératrices. En dé- placant .1-? aimant axialement de manière qu'il fasse saillie sur les
<Desc/Clms Page number 7>
pièces polaires'10, un réglage est réalisable également.
On peut encore renforcer cette action en faisant en sorte que l'aimant, en faisant saillie, s'engage dans un pot en fer qui court-circuite partiellement l'aimant..
La forme d'exécution représentée sur la fig. 6 a, elle a.ussi, un fonctionnement utilisant un seul aimant qui, avantageu- sement, est de forme cylindrique. L'aimant permanent 13 et le rotor 14 ont leurs axes parallèles et sont montés dans un carter ferromagnétique commun 15 qui doit être établi en fer doux ou en tôles pour transformateurs. Dans la position où l'aimant commu- nique l'intensité de champ maximum, une polarité est conférée par induction au carter 15'et l'autre polarité, à la pièce polaire 16 disposée entre le rotor et l'aimant. Le second pôle magnétique pour le rotor est constitué par un relief 17 du carter 15, La pièce polaire 16 est fixée au carter au moyen d'éléments inter- calaires 18 en matière non-ferromagnétique telle que par exemple le laiton.
Lorsqu'on fait tourner. l'aimant 13, il se produit un affaiblissement du champ et, quand l'aimant atteint une position où il est décalé de 90 par rapport à la position représentée, le champ d'excitation devient pratiquement nul, vu que l'aimant est court-circuité par les parois du carter 15. On peut facilement donner à une telle construction une forme correcte au point de vue aéro- ou hydrodynamique, si bien qu'elle paraît particulière- ment rationnelle pour être placée au sein de fluides en circu- lation, par exemple d'air, eau ou fluide analogue. Dans l'appli- *cation comme dispositif d'allumage pour charges brisantes dans l'exploitation des mines ou analogues il est possible de lancer d'abord l'induit en le faisant tourner seul et de n'intercaler les aimants qu'à la fin du mouvement de rotation.
Par ce moyen on soulage les contacts, on augmente la sécurité et on facilite l'actionnement.
La machine représentée sur la fig. 7 comporte pour chaque pôle du champ d'excitation un aimant permanent 19. Les
<Desc/Clms Page number 8>
axes des deux aimants sont parallèles à l'axe du rotor 20. Ils peuvent aussi être tournés de 90 , de manière que l'induit soit alors tourillonné dans la culasse. Les pièces polaires 21 rela- tives à ces aimants permanents sont attachées à un carter 22 qui sert en même temps de culasse magnétique. Les aimants 19 ont la forme cylindrique à pôles matrices. Un décalage des aimants de 90 provoque dans ce cas également un court-circuit magnéti- que, de sorte que le champ d'excitation magne tique est supprimé.
Quand on fait tourner les deux aimants permanents à des vitesses différentes, on obtient pour le courant ainsi produit des courbes de forme spéciale, étant donné que les polarités actives des aimants se superposent ou se compensent. Par ce moyen il est possible, par exemple, de conférer au courant débité la forme d'un courant continu auquel est superposé un courant alternatif.
Dans les cas où l'aimant inducteur tourne à un certain rythme par rapport à la vitesse de rotation du rotor, il peut être avantageux, pour créer certaines formes de la courbe d'un courant alternatif produit, de choisir non pas la forme d'un cylindre 23 (fig. 8) ou la forme 24 analogue à un cylindre, à pôles matricés, mais une forme comme celle indiquée en 25 sur la fig. 8. Dans ce cas également il est prévu des pôles matricés, mais le pôle N a une autre forme que le pôle S.
D'autres formes géométriques, comme par exemple celles indiquées en 26 et 27, sont également possibles en vue de satisfaire à certaines conditions spéciales. Lorsque l'aimant a la forme représentée en 27, l'entrefer entre les pôles de l'aimant et les pièces polaires 28 varie, contrairement aux autres formes d'exécution citées à titre d'exemple.
Dans les machines électriques conformes à l'invention on peut aussi employer des aimants permanents auxquels, de manière connue en soi, on a conféré une position préférée de l'aimantation. A l'aide de pareils aimants permanents, dits
<Desc/Clms Page number 9>
aimants à aimantation dirigée, il est possible d'influer à un degré encore plus poussé sur les différentes opérations décrites.
En couplant ensemble une génératrice et un moteur con- formes à l'invention, on obtient des possibilités de réglage très poussées, qui correspondent par exemple au montage Léonard connu, tout en étant de construction plus simple. Les disposi- tifs sont aussi utilisables pour coupler et régler d'une façon simplifiée la vitesse de marche d'automobiles. Le rendement élevé, de l'ordre de 85 à 92%, du moteur excité par aimant permanent permet ainsi, dans le montage combiné avec une géné- ratrice excitée par aimant permanent, de construire une trans- mission réglable progressivement, avec possibilité d'inversion et, éventuellement, utilisation de la marche sans moteur avant l'arrêt ou du trajet de freinage pour la récupération du courant électrique.
REVENDICATIONS
1.- Machine électrique faisant office de moteur ou de génératrice de courant, dont les aimants servant à l'excitation par aimant permanent sont mobiles, caractérisée par un ou plusieurs aimants permanents qui de préférence peuvent tourner et qui coopèrent avec des pièces polaires qui maintiennent un entre- fer constant par rapport au rotor, tandis qu'en faisant tourner ou coulisser les aimants permanents dans tout rapport voulu relativement à la vitesse de rotation de l'induit on règle le signe de la tension et la grandeur de la tension.